天津濱海軟土地區地基處理技術應用與研究

紀懿明

摘 要：天津軟土分布廣泛、地質情況復雜。通過研究前人對天津濱海的軟土性質研究，并相關工程施工中的實際情況。針對天津濱海地區的建設，介紹濱海使用過的置換法、排水固結法、直排式真空預壓技術、強夯與強夯置換法等技術措施，能夠為軟土地基技術發展提供參考，針對不同處理方法對軟土地基處理進行綜合分析比較研究。

關鍵詞：軟土地基；地基處理技術；置換法；排水固結法

1 天津濱海地區軟土特性

軟土地基通常是指強度較低、壓縮性比高的軟弱土基。其特性一般表現為土層水分含量大、土質疏松。通常淤泥質土、軟粘性土、濕陷性黃土都屬于軟土性狀。天津濱海新區沿海地區多屬于軟弱土基。其特征如下：

（1）含水率高，天然孔隙比大：天津濱海地區軟土的含水率ω一般大于35%，統計平均值為55%。孔隙比e一般在1.0～2.48內，統計均值為1.6。（2）土體飽和度大于95%。（3）垂直滲透性差：土地滲透系數在10-6～10-8cm/s，使得土地在載荷作用下固結速度慢，強度難以提升。（4）抗剪強度和承載力較差：土地抗剪強度為1～27kPa，其強度隨土地深度的增加而有所增加；內摩擦角φq較小。地基承載力一般為20～130kPa，統計均值為68kPa。（5）壓縮性能較好：壓縮系數a1-2的統計均值為1.17MPa-1，最大的達到3.3MPa-1。

2 天津濱海地區軟土地基處理技術應用

由于天津濱海地區的軟土特有性質，大部分工程采用以下方法進行處理：

2.1 置換法：置換通常是指用砂礫、石子、沙等物料替換軟土地基中的部分土體，或者在軟弱土體中摻雜一些石灰、水泥等物質形成混合加固體，與其他土體共同形成復合型地基，以此達到提高地基承受載荷的能力、減少地基下沉的目標，常見的處理方式方法有：振沖置換、換土回填、粉體噴射等。

振沖置換法一般利用水平振動的振沖器，在軟土層地基中形成孔狀，振沖器沉入土層預定深度，然后對清孔、通過孔向土層中注入碎石或卵石等物料，邊填邊振，使得地基中形成樁體（碎石或卵石形成）。樁體和樁間軟土層組合成復合地基，以此達到地基承載力上升的目的。該技術要求成樁周邊土層不得過于軟弱，否則會對碎石樁約束力差、形成復合地基效果降低。一般適用于土層剪切強度20～50kPa的飽和軟粘土、飽和黃土和充填土。實例：加固塘沽長蘆鹽場第二化工廠的軟粘土地基采用振沖法效果顯著。施工場地在塘沽北塘附近，該場地土質主要由粘土，淤泥質粘土、淤泥等構成。地基現場經測驗最小值僅為13.5kPa。為了校驗加固效果，在振沖置換前，對土壤的含水量、容重、十字板強度進行實地測驗。振沖以后，經測驗土壤的含水量較未施工前有所加大，土層表面3m范圍內較為明顯，增值達到10%，容重值有所下降，約3%。土壤的強度有下降趨勢，約30%，經過80d后，土壤的十字板強度有所提高，增幅約10%。由于振沖產生的超孔隙水壓力無法快速擴散，使得土壤骨架應力下降。但是經過15～20d間歇后，土壤的強度恢復效果較好，歷經2至5個月后強度還會提升，由此可見，采用振沖法加固是成功的。該工程竣工后經測量建筑物基礎下降量3～5cm，達到預期目標。

換土回填法通常是將軟土基礎去掉一定范圍內的土壤，后用砂、石子或灰土等物料，分層填入并且夯實，以此達到設計要求。改方法適用于淺層地基處理，深度一般在2～3米左右。

粉體噴射法通常指在軟土基礎中填入粉柱體加固物料，對土壤進行強制攪拌混勻，使得原基礎土壤與添加物發生理化反應，以此達到提高強度的技術。

2.2 排水固結法

其原理在地基載荷下，采用布置豎向排水井，將土壤中孔隙水予以排放，減少孔隙比，使地基發生固結變形，增加土壤強度。該技術通常用于穩定地基和解決基礎下降的問題，運用在飽和軟弱土壤。該技術主要分為堆載預壓法，真空預壓法，降水預壓法等類型。天津濱海新區較常使用的堆載預壓法、真空預壓法和真空聯合堆載預壓法三類。堆載預壓法一般是在施工場地立式堆填土石等物料，然后對地基進行預壓，使得地基沉降較早表現出來，通過地基土壤固結來提高基礎承受載荷能力。為加快進度，經常布置砂井或排水板。真空預壓法通常是指在粘土層上方鋪設砂石作為墊層，從地面豎向打井或排水板，再用薄膜密封墊層，采用真空泵對墊層及井抽氣，以此降低地下水位，加快地基固化速度。實例：加固天津港東突堤陸域軟基。工程概況，地面高程均值6.23m，地下0.7～0.9m厚回填砂及山皮土，0.9～1.5m為新吹填淤泥，再下層是海相沉積層，1.5～-6.0m多為粉砂淤泥，-6～-14m為均質淤泥或淤泥質粘土，滲透性低下，-14m以下為亞粘土，土壤品質較好。預采用塑料排水板真空預壓法，真空度80kPa，排水板距離1.3m，高程-12m，天數136d，沉降量均值1.324m，允許回彈值0.018m，地基承受載荷能力超過90kPa。經過數據測驗，達到預期效果。

2.3 直排式真空預壓技術：濱海新區及周邊地區在對軟基進行加固是需要粗砂量大，而天津地區中粗砂資源貧乏，為了減少固化地基造價，采用直排式真空預壓技術，并對真空預壓法進行了優化和改進，加大真空度傳遞效率。其特點主要在于不用中粗砂墊層，減少砂石費用。當前，位于天津臨港工業區示范工程已經初步獲得成功，具有積極意義。

2.4 強夯與強夯置換法：強夯法指用重錘從高處（從幾米至幾十米）的高處自由落下，對土壤進行夯實，以此減少土壤固有壓縮性能，有效提升其承載能力。該技術對松軟地基效果較為顯著，對無粘性土、雜填土、非飽和性土等效果較理想。夯擊能量較大，加固深度較廣，可深達40m。通過在天津新港軟土、秦皇島細砂地基進行試驗，取得了優良的效果，值得大力推廣應用。實踐表明，該技術工藝簡單、工期短、適應性好、用料省、經濟性好等。強夯置換是運用重錘夯出坑中，填入置換材料，再進行夯實，逐步形成碎石樁體，從而與周邊土壤形成復合地基，達到加固的目的。該技術應用于飽和軟粘土的淺表層處理（3～6m）。

3 結束語

天津濱海新區屬于軟土地基，土體承受載荷能力低、土壤壓縮性比高。在此類地基上進行建筑物構建，技術人員采用了許多方法進行地基加固，在實踐中不斷摸索，改進，已經形成一定的適用性較好的技術方法。如塑料排水板真空預壓法、深層水泥拌合法等技術都是在濱海新區取得成功后，才開始推廣應用的。可見，濱海新區的軟土地基處理技術對我國的軟弱土壤地基處理的發展具有積極指導意義。

參考文獻

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